JPS6335299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロバブル噴射器に係る。この場
合の「マイクロバブル」なる用語は約50から100
ミクロンの直径をもつ液体中の多数の気泡を意味
し、例えば、水中の空気泡などである。

液体内のマイクロバブルは液体内の固体粒子と
液体との分離を促進する機能を果たし得る。

例えば、第１の液体内で形成されたマイクロバ
ブルを第２の液体内に噴射すると、マイクロバブ
ルを第２の液体内の固体粒子に付着してこれを液
面まで浮上させるため、機械的手段などにより浮
上した粒子を捕捉すれば第２の液体から固体粒子
が除去される。

マイクロバブルの液体中への噴射はより一般的
には液体の物理的及び化学的性質を変える働きを
有し得る。

最も良く知られたマイクロバブルの発生法は液
体中の２つの電極間で電解を行う方法である。こ
の場合のマイクロバブルは電解により放出されて
一方の電極に出現する気体である。

この方法は多数のマイクロバブルを発生させた
い時はコスト高になる。

他の方法として、加圧液体源を備えたマイクロ
バブル噴射器が提案されている。この場合に使用
される第１の液体は室温で蒸発し得且つ中に気体
が溶解されている。第１の液体は噴射壁に設けら
れた噴射口を介して、第２の液体の入つた容器に
向かつて高速で噴射される。その結果、第１の液
体の流れには先ず第１の液体の圧力が降下し、そ
れに伴つて、前記気体が混合した蒸気が形成さ
れ、次いで、この流れの速度の低下により下流で
圧力が再上昇し、その結果、前記蒸気が急激に凝
縮して前記気体のマイクロバブルが形成される。

このような公知の噴射器では、第１の液体の流
れは勿論噴射口から直線状に噴出し、第１の液体
が流入する第２の液体内での制動現象によりその
速度が低下する。

この種の噴射器では第１の液体の噴射流が細く
ないと十分なエネルギ効果が得られない。このエ
ネルギ効率は形成されたマイクロバブルの個数対
噴射流形成に使用されたエネルギの比で表わされ
る。より詳細には前述の公知の噴射器では噴射口
の直径を好ましくは0.5ミリメートルより小さく
しなければならない。形成すべきマイクロバブル
の数が多ければ噴射口の数も多くしなければなら
ず、その結果噴射器全体の大きさが増大する。更
に、これらの小さな噴射口に固体不純物が詰まる
危険性も大であるため、極めて性能がよく高価な
多孔質部材を使用しないと機能が損なわれる虞れ
がある。

本発明の目的は、気泡の数を増大させ得るマイ
クロバブル噴射器を提供することにある。

本発明によれば、前記目的は、液体を収容した
容器と、少なくとも１種の気体が溶解した加圧液
体が供給される絞り口を規定する絞り口部材と、
一端が前記絞り口から噴射した前記加圧液体を受
容すべく前記絞り口に連通すると共に、他端に前
記受容した加圧液体を前記容器内の液体の中に排
出する排出口を有する流路を規定する流路部材と
からなり、前記排出口は、流路断面積について前
記絞り口よりも大きいことを特徴とするマイクロ
バブル噴射器によつて達成される。

本発明によれば、加圧液体が絞り口から直接容
器内に噴射されることなく、流路断面積が絞り口
のそれよりも大きい排出口を介して容器内に排出
されるが故に、排出口の流路断面積が絞り口のそ
れよりも小さい場合に比べて、噴射口の出口にお
ける加圧液体の圧力を小さくし得、噴出口から噴
射された加圧液体に発生した気泡を大きくし得、
その結果当該気泡を分断され易くし得、加えて、
分断された気泡を含む加圧液体が排出口において
再度噴射され得、したがつて、気泡の数を増大さ
せ得る。

本発明による流路部材としては、中心軸に絞り
口の軸線が一致するように絞り口を規定する円板
状部材と、中心軸が前記軸線に一致するように錐
面が前記円板状部材に面しており、頂角が180度
以下の円錐状部材とからなつてもよい。これによ
り、流路は、径方向に規定され、且つその流路断
面積が絞り口から排出口に向かつて急増するので
キヤビテーシヨンポケツトとして機能し得、流路
内の加圧液体の速度が急減する。流路断面積の急
増は、一つには噴射口の軸線を同心軸とする種々
の円の円周がこの噴射口の先端より出発して前記
軸線から遠去かるにつれ増大していくという事実
に起因する。

以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げ
て本発明をより詳細に説明する。尚、ここに記載
及び図示する機素は同一の機能をもつ別の機素に
換えることもでき、その場合の装置も本発明の範
囲に含まれる。また図面中同一機素には同一符号
が付されている。

少なくとも１種の気体が溶解された加圧液体の
供給手段について以下に説明する。ここに、供給
手段から供給される加圧液体には前記気体が供給
手段の加圧圧力下における当該気体の飽和濃度と
ほとんど同じ濃度で含まれる。

供給手段は、空気を受容する入口６と、普通の
水を受容する入口８と、気体混入器４と、ポンプ
２とで構成される。

水に加えられる圧力は約６バールである。供給
手段の圧力は一般的には容器１４内の圧力の関数
として規定され、好ましくは容器１４内の圧力の
３倍より大きい。

第１図の噴射器は、噴射壁１０と、転向壁１８
とからなる。壁１０と壁１８とは液体１６を収容
した容器１４の中に設けられている。壁１０は、
垂直に伸長した絞り口としての噴射口１２を中心
に規定すると共に中心軸が噴射口１２の軸線が一
致する円板状部材からなり、壁１８は、中心軸が
噴射口１２の軸線２０に一致するように錐面が壁
１０に面しており、頂角が180度未満の円錐状部
材からなる。ここに、円錐状部材の頂角は180度
であつてもよい。本発明による絞り口部材は壁１
０で構成され、本発明による流路部材は壁１０と
壁１８とで構成される。

噴射口１２は、ポンプ２から適宜な管を介して
加圧液体を受容し、壁１０と壁１８とが規定する
環状の径方向流路２２の中心部に噴射する。

流路２２は、流路断面積が中心部から外周部に
向かつて急増するのでキヤビテーシヨンポケツト
として機能する。したがつて、流路２２の中心部
に噴射口１２を介して噴射された加圧液体には、
流路２２内において、溶解した気体を含む蒸気が
発生する。

噴射口１２の直径は例えば２ミリメートルであ
り、液体１６は水である。

液体の圧力は、流路２２内の流路断面積の急増
に起因して流路２２の下面で急激に上昇する。流
路断面積の増加は、１つには噴射口の軸線２０を
同心軸として種々の円の円周が軸線２０から遠去
かるにつれて増大するという理由に基づく。

好ましくは噴射口１２の流路断面の形状がほぼ
円形であり、且つ噴射口１２の先端における壁１
０及び壁１８の間隔が噴射口１２の直径の４分の
１より小さいのがよい。これにより、噴射した液
体の流速が噴射口１２の先端の近傍で径方向流に
なる時に最大値に達する。噴射口１２の先端にお
ける流路２２の幅は例えば1/10×数ミリメートル
である。

壁１８は流路２２の流路断面積が軸線２０から
遠去かる方向へ急増するよう壁１０に対しやや傾
斜している。壁１０と壁１８とは軸線２０を中心
に回転対称をなす。流路２２を流れる加圧液体
は、壁１０と壁１８との夫々の外周縁で規定され
る排出口から容器１４内に噴射される。

第２図及び第３図に示される噴射器には、前記
第１図の噴射器と同一の加圧液体の供給源が接続
される。生起されるマイクロバブルの１秒当たり
の数を増加すべく絞り口としての噴射口TIの数
が例えば36と多い。

この噴射器は、供給手段から加圧液体を受容す
る液体導入管TEと、管TEと協同して流路として
の環状通路IPを規定すべく管TEを同軸的に包囲
する流路部材としての転向管TDとを備えてい
る。

管TEは中央軸線ACを中心とする回転円筒体の
形状を有する。また、管TEは、その側周部が噴
射壁を構成しており、管TEの側周部には絞り口
としての多数の噴射口TIが配列されている。

管TDは各噴射口TIに面しており、噴射口TIか
ら噴射する液体の流れ方向を転向する転向壁を構
成する。管TDの側周部には通路IP内に噴射され
た液体を排出させるための複数の排出口TSが分
散して設けられている。排出口TSと噴射口TIと
の間には所定の距離がおかれている。本発明によ
る絞り口部材には管TEで構成され、本発明によ
る流路部材は管TEと管TDとで構成されている。

複数の排出口TSの合計流路断面積は、噴射口
TIの周囲における通路IPの流路断面積の数倍
（少なくとも２倍）である。１つ１つの排出口TS
において、排出口TSの直前の通路IPの流路断面
積は排出口TSの流路断面積より大きくてもよい。
このような配置構成の目的は噴射される液体の流
量を制限する流路断面積を排出口TSの近傍では
なく噴射口TIの周囲で制限することにある。

通路IPの幅は噴射口TIの直径の10分の１より
小さく、排出口TSの合計流路断面積は噴射口TI
の合計流路断面積より大きいのが好ましい。

また、噴射口TIは個々に２から10ミリメート
ル、例えば３ミリメートルの直径を有し、且つ管
TEの側周部の少なくとも一部、例えば側周部全
体に亘つて規制的に配列されるのが好ましい。

管TEと管TDとの間の通路はIPは0.1から0.5ミ
リメートル、例えば0.15ミリメートルのほぼ一定
した幅を有する。

このような値を選択するのは、バブルの総体積
対液体の総体積の比で示される空乏率は通路IP
が狭くなり且つ噴射口TIの直径が小さくなる程
大きくなるが、通路IP又は噴射口TIが小さすぎ
ると閉塞の危険が大きくなるという理由によるも
のである。

排出口TSは、噴射口TIと対向する管TD全域
に亘り規則的に配列され、例えば管TDの全側周
部に亘つて各噴射口TSの相互間に配置される。

噴射口TIは、例えば軸線ACの長さに沿つて規
則的間隔をおきながら一連の列を構成するように
配列され、且つ各列では軸線ACの周囲に規則的
に角距離をおきながら一連の行を構成するよう配
列され、また、排出口TSも列状に配分され、各
列では噴射口TIから半ピツチずらした状態でこ
れら噴射口TIと同一の角距離をおいて軸線ACの
周囲に一連の行を構成するように配列される。噴
射口TIの列と排出口TSの列との軸方向間隔は互
いは等しく、排出口TSの列は図に示されている
ように噴射口TIの列と合致するか又は軸方向に
半ピツチずれる。排出口TSの直径は約10ミリメ
ートルである。

管TDには排出口TSから排出されるマイクロ
バブルを含有した液体の流れを軸線ACの方向に
沿つた方向へ誘導すべく、ガイドGSが各排出口
TSと対向して設けられるのが好ましい。

より特定的には、ガイドGSは各排出口TSの列
毎に軸線ACを中心とする回転円錐台状の隔壁で
構成し、この隔壁の小さい方の円形底辺を当該列
の排出口TSから距離をおいて管TD上に固定さ
れる。これら一連の列の回転円錐台状の隔壁は全
てほぼ同等の1/2頂角を有し、この角は45度より
小さいのがよく、例えば約20度である。

第３図には、噴流分離部材SJが示されており、
部材SJは、各ガイド部GS及び管TD間の径方向
の連結手段の役割を果たし、互いに角距離をおい
て排出口TSの相互間に配置されている。

該噴射器は更に円錐状受容部材CRも備えてい
る。部材CRは軸線ACを中心とする回転体からな
り、ガイドGSの全てを包囲し、ガイドGSの頂角
と同一方向で当該頂角の値以下の頂角を有し、排
出口TSから排出される流体の流れ全体を容器EC
に向けて軸線ACと平行な方向へ誘導する。

該噴射器または円錐台状の整流部材DGも備え
ている。部材DGは軸線ACを中心とする回転体
からなり、小さい方の底辺がガイドGSの下流で、
管TDの側周部に固定され、ガイドGSの1/2頂角
と同一方向で該頂角の値以下の1/2頂角を有し、
部材CRから流出する液体の流れを容器ECに配分
する機能を果たす。

管TDは噴射口TIと通路IPとの洗浄を可能にす
べく、軸線ACを中心に導入管TEに回転自在に装
着される。噴射口TI及び排出口TSの上流には、
管TD及び固定支持フレームBS間と管TD及び導
入管TE間とに２つの環状パツキンJE及びJFが
夫々具備されているため、管TDの回転運転は密
封性を損うことなく実施される。

管TDの回転はまた部材DGの存在によつて容
易になる。

該噴射器では１％の空乏率が得られ、直径約
0.1ミリメートルのバブルが発生する。

以上説明してきた具体例は本発明を明確に理解
せしめる一手段にすぎず、特許請求の範囲に明示
されている本発明の原理と範囲とを逸脱すること
なく当業者により種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の噴射器の１具体例の部分縦
断面図、第２図は、本発明の噴射器の他の具体例
の縦断面図、第３図は、第２図の線−におけ
る横断面図である。 ２……ポンプ、４……気体液体混合器、１２，
TI……噴射口、１４，EC……容器、１６……
水、１８……転向壁、TE……液体導入管、TD
……転向管、TS……排出口、GS……ガイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を収容する容器と、少なくとも１種の気
   体が溶解した加圧液体が供給される絞り口を規定
   する絞り口部材と、一端が前記絞り口から噴射し
   た前記加圧液体を受容すべく前記絞り口に連通す
   ると共に、他端に前記受容した加圧液体を前記容
   器内の液体の中に排出する排出口を有する流路を
   規定する流路部材とからなり、前記排出口は、流
   路断面積について前記絞り口よりも大きいことを
   特徴とするマイクロバブル噴射器。 ２ 前記流路部材が、中心軸に前記絞り口の軸線
   が一致するように前記絞り口を規定する円板状部
   材と、中心軸が前記軸線に一致するように錐面が
   前記円板状部材に面しており、頂角が180度以下
   の円錐状部材とからなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の噴射器。 ３ 前記円錐状部材の頂角が180度未満であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の噴
   射器。 ４ 前記絞り口の流路断面が円形であり、前記絞
   り口の部位における前記円板状部材と前記円錐状
   部材との間隔が前記絞り口の直径の４分の１より
   小さいことを特徴とする特許請求の範囲第２項又
   は第３項に記載の噴射器。 ５ 前記流路部材は、閉鎖された一端が前記容器
   内に収容されていると共に、側周部に前記絞り口
   の複数を規定する第１の円筒部材と、前記第１の
   円筒部材を収容するように前記第１の円筒部材に
   同軸的に設けられており、側周部に前記排出口の
   複数を規定する第２の円筒部材とからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の噴射
   器。 ６ 前記絞り口の流路断面が円形であり、前記第
   １の円筒部材の側周部と前記第２の円筒部材の側
   周部との間隔が前記絞り口の直径の10分の１より
   小さいことを特徴とする特許請求の範囲第５項に
   記載の噴射器。 ７ 前記第２の円筒部材が前記第１の円筒部材に
   対して相対的に回転自在に構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項に記
   載の噴射器。 ８ 前記排出口の複数が、前記第２の円筒部材の
   長手軸に沿つて行をなすと共に前記第２の円筒部
   材の周方向に沿つて列をなすように互いに等間隔
   に配列されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項から第７項のいずれか一項に記載の噴射
   器。 ９ 前記排出口の列の一つから排出される前記加
   圧液体の流れを前記長手軸に沿つて誘導すべく、
   前記第２の円筒部材の側周部が円錐台状壁を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載
   の噴射器。 １０ 前記列の一つにおいて前記排出口の夫々か
   ら排出される前記加圧液体の流れを互いに隔離す
   べく、隔壁が前記列の一つにおける排出口の間に
   おいて、前記円錐台状壁と前記第２の円筒部材と
   に連結されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第９項に記載の噴射器。 １１ 前記絞り口の直径が２から10ミリメートル
   であり、前記間隔は0.1から0.5ミリメートルであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項から第
   １０のいずれか一項に記載の噴射器。 １２ 前記加圧液体は、前記気体が飽和濃度に近
   い濃度まで溶解した加圧水からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれ
   か一項に記載の噴射器。